DE102005026958B4

DE102005026958B4 - Aerostatisch oder hydrostatisch geführter linearer Direktantrieb

Info

Publication number: DE102005026958B4
Application number: DE200510026958
Authority: DE
Inventors: Nils Dreifke; Dr. Dreifke Günter
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2025-06-11
Also published as: DE102005026958A1

Abstract

Aerostatischer oder hydrostatischer linearer Direktantrieb, dessen Primärteil (1) oder Sekundärteil (2) mit mindestens einem aerostatisch oder hydrostatisch arbeitenden Lagerelement (4, 5) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (4, 5) wenigstens einen gelenkig gelagerten Lagergrundkörper (6) mit einer ebenen Führungsfläche aufweist, der mit dem Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit beaufschlagte Düsenkörper (10) besitzt und der über nur ein Gelenk (8), das mindestens um einen Winkel drehbeweglich ist, mit einem Lagergehäuse (7) des Lagerelementes (4, 5) verbunden ist, das an dem Primärteil (1) oder dem Sekundärteil (2) starr befestigt ist, wobei die Führungsfläche einen länglich-rechteckigen Umriss aufweist, innerhalb dem mittig das einzige Gelenk (8) angeordnet ist und wobei im Lagergrundkörper (6) mindestens zwei Düsenkörper (10) breitenmittig und in Längsrichtung der Führungsfläche in gleichem Abstand zu beiden Seiten des Gelenkes (8) in den Besselpunkten angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen aerostatischen oder hydrostatischen linearen Direktantrieb, dessen Primärteil oder Sekundärteil mit mindestens einem aerostatisch oder hydrostatisch arbeitenden Lagerelement ausgestattet ist.
In der Patentanmeldung WO 98/18194 A1 ”Linearantrieb in Modulbauweise und Verfahren...” wurden luftgelagerte Direktantriebe in Modulbauweise vorgestellt. Das Lagerelement ist integriert mit mindestens einem Aktivteil ausgeführt, das im Winkel von 90° starr an einem anderen Aktivteil befestigt ist.
Luftgelagerte Direktantriebe werden im Stand der Technik winkelförmig und u-förmig dargestellt, d. h. das Aktivteil ist im Winkel von 90° mit einem oder zwei Lagerelementen ausgestattet, die zur Führung das Sekundärteil an einer oder an 2 Seiten umschließen. Das Aktivteil besteht meist aus Spulenkörpern, Magneten und Düsenkörpern, die im Gehäuse des Aktivteils mit Polymer eingegossen sind, wie in der DE 198 29 889 A1 ”Direktantrieb für lineare und planare Bewegungen” beschrieben, die einen linearen Direktantrieb der eingangs genannten Art offenbart.
Entsprechend der vorgenannten DE 198 29 889 A1 sind im Lagerelement Luftdüsenkörper in der Führungsfläche angeordnet, die mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass eine abstoßende Kraft erzeugt wird. Lagerelemente können gegenüber angeordnet und zueinander vorgespannt werden, oder es wird nur einseitig ein Lagerelement verwendet, das mit Hilfe von Permanentmagneten eine vorgespannte aerostatische Lagerung ermöglicht. Die Permanentmagnete sind in der Nähe der Führungsfläche angeordnet und mit Polymer im Lagerelement eingegossen. Das Lagerelement kann im Ganzen seitlich verstellbar angeordnet und starr mit dem Aktivteil verbunden sein.
Bekannt ist auch, dass Lagerelemente durch Materialschwächung elastisch angekoppelt werden. Dadurch wird ein Freiheitsgrad gestattet, um eine drehende Ausgleichsbewegung um die Bewegungsachse zwischen Aktivteil und Lagerelement zu ermöglichen, wenn etwa das Sekundärteil nicht exakt im rechten Winkel gefertigt ist.
Bei Luftlagerungen ist bekannt, dass eine geometrische Verspannung durch gelenkige Aufhängung von Luftlagerelementen vorteilhaft ist. Die Luftlagerelemente werden in einem Lagergehäuse gelenkig fixiert, und die gegenüber angeordneten Lagerelemente werden mit Hilfe einer Druckschraube gegeneinander verspannt, um die Dicke der Gas- oder Flüssigkeitsschicht einzustellen. Wegen der Reibungsfreiheit ist diese Anordnung auch bei hoher Dynamik verwendbar. Eine Schwingungsneigung tritt durch diese zusätzlichen Freiheitsgrade nicht auf.
Gegenwärtig ist die aerostatische Führung linearer Direktantriebe mit verschiedenen Mängeln behaftet.
Zur Erhöhung der Belastbarkeit von Direktantrieben durch Drehmomente um die Achse, die senkrecht auf dem Aktivteil steht, sind u-förmige Primärteile bekannt, die das Sekundärteil auf drei Führungsflächen starr umschließen. Wenn die Führungsflächen des Sekundärteils nicht exakt geschliffen sind oder der Winkel nicht exakt 90° beträgt, dann verschlechtern sich die Führungseigenschaften, die Belastbarkeit sinkt, und der Verbrauch an Gas oder Flüssigkeit wird erhöht. Bei Beanspruchung durch Kräfte und Drehmomente, besonders durch Drehmomente um die Bewegungsachse, kommt es zu verstärktem Austritt von Gas oder Flüssigkeit aus den Führungsflächen und letztlich zum partiellen Gleiten und Reiben zwischen Primärteil und Sekundärteil. Zeitweise Überbeanspruchungen können zu plastischen Formänderungen führen, wodurch die Führungsqualität, die Steifigkeit gegen seitliches Verschieben und Verdrehungen und die Geräuschentwicklung des Direktantriebes verschlechtert werden. Im Stand der Technik lassen sich die Seitenlager gegenüber dem Aktivteil nur schwer einstellen und in der Position sichern. Ein Winkelausgleich ist nicht möglich.
Aus der WO 89/03488 A1 ist eine Luftlagerung bekannt, bei der ein Lagergrundkörper mittels eines einzigen Gelenkes allseits schwenkbeweglich abgestützt ist. Zur Erzeugung eines Luftpolsters wird über eine Fluidleitung Druckluft in den Lagergrundkörper eingeblasen, die über eine Düsenöffnung zu einer Führungsfläche mit länglich-rechteckigem Umriss ausmündet. Die Düsenöffnung ist ebenso wie das einzige Gelenk mittig innerhalb des Umrisses der Führungsfläche angeordnet.
Die US 4 073 549 beschreibt eine hydrostatische Lagervorrichtung, bei der ein Lagerkörper relativ zu einem Lagerschuh drehbar ist, wobei er sich an einer Lagerfläche des Lagerschuhs abstützt, in der mehrere Lagertaschen ausgebildet sind, die durch ein Hydraulikfluid gespeist sind. Der Lagerschuh ist über ein Tragelement an einem Fundament befestigt, wobei das Tragelement mit einander entgegengesetzten Enden einerseits in den Lagerschuh und andererseits in das Fundament eingeschraubt ist. Das Tragelement hat einen dünnen stabförmigen Abschnitt, der flexibel ist, sodass sich ein Gelenk ergibt, das dem Lagerschuh einen Schwenkfreiheitsgrad verleiht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aerostatisch oder hydrostatisch geführten Direktantrieb vorzuschlagen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Mängel beseitigt werden. Insbesondere sollen eine größere Beanspruchbarkeit der Führung, höhere Steifigkeit, eine Geräuschminderung, eine geringere Masse, höhere Qualität, höhere Zuverlässigkeit und geringere Herstellkosten erreicht werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Lagerelement wenigstens einen gelenkig gelagerten Lagergrundkörper mit einer ebenen Führungsfläche aufweist, der mit dem Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit beaufschlagte Düsenkörper besitzt und der über nur ein Gelenk, das mindestens um einen Winkel drehbeweglich ist, mit einem Lagergehäuse des Lagerelementes verbunden ist, das an dem Primärteil oder dem Sekundärteil starr befestigt ist, wobei die Führungsfläche einen länglich-rechteckigen Umriss aufweist, innerhalb dem mittig das einzige Gelenk angeordnet ist und wobei im Lagergrundkörper mindestens zwei Düsenkörper breitenmittig und in Längsrichtung der Führungsfläche in gleichem Abstand zu beiden Seiten des Gelenkes in den Besselpunkten angeordnet sind.
Die mittige Anordnung des einzigen Gelenks ermöglicht ein allseitiges Verschwenken der Führungsfläche zur optimalen Anpassung an die gegenüberliegende Gleitfläche. Dabei wird durch die spezielle Platzierung der Düsenkörper in gleichem Abstand zu beiden Seiten des Gelenkes in den Besselpunkten einer möglichen Verformungs- oder Verwindungsproblematik des Lagergrundkörpers begegnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Primärteil kann winkelförmig ausgebildet sein, wobei mit dem Aktivteil ein Lagerelement rechtwinklig verbunden ist, das fest verschraubt sein kann. Das Lagerelement besitzt mindestens einen Lagergrundkörper, der gelenkig mit dem Lagergehäuse verbunden ist. Der Lagergrundkörper weist zweckmäßigerweise Permanentmagnete auf, um eine magnetische Vorspannung zu erreichen. Im Lagergrundkörper sind die Düsenkörper angeordnet, aus denen Gas oder Flüssigkeit unter Druck ausströmt. In Verbindung mit einer ebenen Lagerfläche des Sekundärteils lässt sich so das Primärteil nahezu reibungsfrei bewegen. Besonders kommt es darauf an, dass das Drehgelenk zwischen Lagergrundkörper und Lagergehäuse nahezu kein mechanisches Spiel aufweist, also dass eine hohe Steifigkeit zwischen Primärteil und Sekundärteil in Bewegungsrichtung und auch quer zur Bewegungsrichtung erreicht wird.
Beispielsweise kann auch ein u-förmiges Primärteil, bestehend aus mindestens einem Aktivteil und zwei Lagerelementen zum Einsatz kommen. Dabei ist im Lagergehäuse mindestens ein Lagergrundkörper gelenkig angeordnet. In der Regel sind in einem Lagerelement mindestens zwei Lagergrundkörper angeordnet, die zueinander parallel liegen und die Seitenflächen des Sekundärteils umschließen. Zumindest ein Lagerelement ist über eine Druckschraube gelenkig mit dem Lagergehäuse verbunden. Mit Hilfe der Druckschraube lässt sich die geometrische Verspannung zwischen gegenüber liegenden Lagergrundkörpern einstellen.
Die Druckstücke sind vorteilhaft in der Führungsfläche mit einem Gleitbelag versehen. Günstig ist die Ausführung von Leitkanälen in der Führungsfläche, um das Gas oder die Flüssigkeit so zu leiten, dass sich der Druck gleichmäßig über die Führungsfläche verteilt.
U-förmige Primärteile können auch mit wenigstens einem Lagergrundkörper ausgeführt sein, der mindestens einen Permanentmagneten in der Führungsfläche besitzt, wobei das andere Lagerelement mit mindestens einem Lagergrundkörper und einer Druckschraube versehen ist, wobei der Lagergrundkörper mit oder ohne Permanentmagnet ausgeführt ist. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Führungsgenauigkeit aus, denn durch Lagergrundkörper mit Permanentmagneten, also durch magnetische Vorspannung, wird auch bei geringer geometrischer Vorspannung ein stabiler Führungsspalt gewährleistet.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Sekundärteil an einer oder beiden gegenüber liegenden Seitenlagerflächen mit jeweils mindestens einem Lagerelement mit oder ohne Magneten ausgestattet, und der Lagergrundkörper ist mit Hilfe des Lagergehäuses am Sekundärteil im Winkel von 90° befestigt ist. Das relativ leichte Aktivteil wird auf diese Weise auf dem Sekundärteil und mindestens einem Lagerelement geführt.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist zusätzlich mindestens ein Lagerelement parallel zur Motorführungsfläche auf der geschliffenen Rückseite eines Sekundärteils angeordnet und mit Hilfe eines winklig angeordneten Lagergehäuses an das Aktivteil angekoppelt. Auf diese Weise kann die Steifigkeit zwischen Aktivteil und Sekundärteil erhöht werden, und der Direktantrieb kann größere Drehmomente aufnehmen.
Zweckmäßigerweise wird weiter vorgesehen, dass zusätzlich mindestens ein Lagerelement mit mindestens einem Permanentmagneten im Aktivteil seitlich, d. h. quer zur Bewegungsrichtung, neben der Motorführungsfläche angeordnet ist und mit der geschliffenen Führungsfläche des Sekundärteils im Kontakt steht. Dadurch wird zulasten der Motorkraft die Qualität der Führung verbessert.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sekundärteil mit zwei gegenüberliegenden Motorfunktionsflächen und zwei gegenüberliegenden Führungsflächen ausgestattet ist. Hier ist das Primärteil mit zwei gegenüber liegenden Aktivteilen und zwei gegenüber liegenden Lagerelementen mit Permanentmagneten aufgebaut. Ein Aktivteil und ein benachbartes Lagerelement sind jeweils winkelförmig miteinander verbunden. Mindestens eines der Aktivteile ist mit einem Lagerelement des anderen winkelförmigen Primärteils mit mindestens einem Verbindungselement, z. B. einem Stift oder einer Blattfeder, verbunden. Somit entsteht durch Kopplung der beiden einzelnen winkelförmigen Primärteile in Bewegungsrichtung ein leistungsfähigeres kompaktes Primärteil, das besonders für kurze Hubbewegungen geeignet ist. Im Stand der Technik traten durch das Fehlen von Gelenken und die mehrfache Überbestimmung bei dieser Art von Linearachse Verklemmungen auf, z. B. bei Änderung der Temperatur.
Vorteilhaft erweist sich die Anordnung einer Druckschraube mit Gewindeeinsatz im Lagergehäuse und einer Kontermutter. Die Druckschraube ist mit einer Kugelkalotte und Kugel versehen, die mit einer Kugelkalotte des Lagergrundkörpers im Kontakt steht und das Gelenk bildet.
Die Führungsfläche des Lagergrundkörpers ist vorteilhaft mit einem Polymer, vorzugsweise einem Gleitbelag der Dicke von mindestens 0,2 mm beschichtet. Die Kraftaufnahme des Lagergrundkörpers wird verbessert, wenn in der Führungsfläche Leitkanäle angeordnet sind.
Das Drehgelenk soll nur sehr kleine Winkelbewegungen ermöglichen. Das lässt sich auch erfindungsgemäß durch Materialelastizität erreichen. Vorgeschlagen wird entweder die Anordnung eines Biegestabes zwischen Lagergehäuse und Lagergrundkörper oder die Verwendung eines Verbindungsstückes mit Federblech. Die Verstellung des Biegestabes quer zur Führungsfläche wird nach der Erfindung so vorgesehen, dass der Biegestab auf der einen Seite ein Rechtsgewinde und auf der anderen Seite ein Linksgewinde besitzt und z. B. mit einem Inbusschlüssel gedreht und damit verstellt werden kann.
Das Lagergehäuse lässt sich zur Massereduzierung mit Abrundungen aber auch ohne Abdeckfunktion so ausführen, dass das Lagergehäuse nur als biegesteifes Verbindungsstück zwischen dem Drehgelenk und dem Aktivteil bzw. dem Sekundärteil ausgeführt ist.
Zur Realisierung der magnetischen Anziehungskraft zwischen Lagergrundkörper und Sekundärteil bzw. Aktivteil gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung von Permanentmagneten. Das Lagerelement besteht vorzugsweise aus magnetisch leitfähigem Stahl. Die Permanentmagnete sind in der Nähe der Führungsfläche und meistens in einer Tasche des Lagergrundkörpers angeordnet. Sie werden längs der Bewegungsrichtung eingelegt, damit z. B. der Magnetfluss vom Nordpol in den magnetisch leitfähigen Stahl des Sekundärteils und von dort aus durch den Stahl des Lagergrundkörpers zum Südpol des Permanentmagneten verläuft. Der Permanentmagnet soll in der Tasche seitlich zum Lagergrundkörper einen genügend großen Abstand aufweisen und mindestens seitlich vom Polymer umgeben und festgehalten werden.
Um die Masse des Lagergrundkörpers zu reduzieren, wird zweckmäßigerweise vorgesehen, für den Lagergrundkörper nicht magnetisch leitfähiges, leichtes Material zu verwenden. Die Permanentmagnete sind in dem Falle speziell so magnetisiert, dass wie bei u-förmigen Magneten die Pole in einer Fläche, hier der Führungsfläche, austreten. Unter Verwendung eines magnetisch leitfähigen Materials lassen sich zwei übliche Stabmagnete ebenfalls so miteinander verbinden, dass ein u-förmiger Magnet entsteht.
Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen luftgelagerten linearen Direktantrieb nach dem Stand der Technik;
2 den Schnitt durch einen erfindungsgemäß geführten linearen Direktantrieb;
3 eine Variante mit 2 Lagerelemente, die mit dem Sekundärteil verbunden sind;
4 einen linearen Direktantrieb mit 2 Aktivteilen und 2 Lagerelementen;
5 eine Ausführungsvariante, bei der die Führungsflächen von 2 Lagerelementen am Sekundärteil rechtwinklig zu einander angeordnet sind;
6 eine Linearachse mit Lagerelementen an den Seiten des Sekundärteils und neben der Motorführungsfläche
7 einen Lagergrundkörper mit Düsenkörpern und Leitkanälen,
8 einen Lagergrundkörper mit Permanentmagneten und Düsenkörpern ohne Darstellung des Gleitbelages
Zur Einführung zeigt 1 einen luftgelagerten linearen Direktantrieb mit Primärteil 1, Sekundärteil 2. Das Primärteil 1 besteht aus dem Aktivteil 3 mit Spulen, Permanentmagneten und Düsenkörpern und 2 Lagerelementen 4 mit Düsenkörper und optional mit einem Lagerelement 4 und einem Lagerelement 5 mit Permanentmagneten. Eines der Lagerelemente 4 oder 5 lässt sich gegenüber dem Aktivteil 3 einstellen. Das erfolgt durch Schrauben, die in einem Langloch senkrecht zum Aktivteil angeordnet sind und in das Lagergehäuse eingeschraubt sind. Bei größerer Beanspruchung kann das Lagerelement 4 oder 5 verrutschen. Ein Winkelausgleich ist nicht möglich.
In der 2 wird ein linearer Direktantrieb nach der Erfindung im Querschnitt gezeigt. Das Lagerelement 4 oder das Lagerelement 5 in der Ausführungsform mit Permanentmagneten 13 sind starr mit dem Aktivteil 3 verschraubt. Im Lagergehäuse 7 des Lagerelementes 4 ist die Druckschraube 9 mit Gewindeeinsatz und Kontermutter gezeigt. Mit Hilfe der Druckschraube 9 lässt sich über ein Kugelgelenk 8 eine Druckkraft auf den Lagergrundkörper 6 ausüben und durch Drehung der Druckschraube 9 verändern. Oberhalb des Lagergrundkörpers 6 ist der Schlauch für die Zufuhr von Druckluft oder Flüssigkeit unter Druck angedeutet, und es ist die Lage der Düsenkörper 10 dargestellt, mit deren Hilfe eine Luftschicht zwischen Lagergrundkörper 6 und Sekundärteil 2 aufgebaut wird. Die Vergussmasse 12 ist dargestellt, die Eigenschaften eines Gleitbelages 12 aufweisen soll. Auf der linken Seite der Figur ist ein Lagerelement 5 gezeigt, bei dem im Lagergrundkörper 6 Permanentmagnete 13 montiert sind. Hier sind 2 stabförmige Permanentmagnete 13 dargestellt, die in Taschen des magnetisch leitfähigen Lagergrundkörper 6 mit Vergussmasse 12 befestigt sind. Bei dem einen Permanentmagneten 13 ist der Nordpol in der Nähe der Führungsfläche angeordnet, bei dem anderen der Südpol, damit eine Anziehungskraft zwischen Lagergrundkörper 6 und Sekundärteil 2 erzeugt wird. Auch das Lagerelement 5 ist mit unter Druck befindlichem Gas oder Flüssigkeit versorgt. Die Ausführung des Gelenkes 8 ist hier in der erfindungsgemäßen Form eines Biegestabes 14 gezeigt. Wenn der Gewindestab mit einem Rechtsgewinde und am anderen Ende mit einem Linksgewinde versehen ist, so kann durch Drehung des Biegestabes 14 ebenfalls eine Verschiebung des Lagergrundkörpers 5 ausgeführt werden.
Die 3 zeigt die Verbindung von 2 Lagerelementen 4 mit dem Sekundärteil 2. Zwischen den Lagerelementen 4 wird das Aktivteil 3 geführt, das seitlich im Kontaktbereich mit den Lagergrundkörpern 6 geschliffene Flächen aufweist.
Die 4 zeigt die Anordnung von Lagerelementen 5 für lineare Direktantriebe, die für einen kurzen Arbeitshub und mit großer Schubkraft ausgeführt sind, z. B. für eine Hubeinheit. Zwei winkelförmige Primärteile 1 sind mit einem Sekundärteil 2 verbunden, das an 2 gegenüber liegenden Seiten mit jeweils einer Motorfunktionsfläche ausgestattet ist. Die geschliffenen Seitenflächen des Sekundärteils 2 stehen mit den Lagerelementen 5 im Kontakt. Die beiden Primärteile 1 sind beispielsweise durch einen Stift 16 zu einem etwa doppelt so leistungsfähigen Primärteil 1 verbunden. Der Stift 16 gestattet eine und eine Blattfeder ermöglicht mehrere Ausgleichsbewegungen, um Verspannungen in den Luftlagerflächen zu vermeiden.
In der 5 ist ein winkelförmiges Primärteil 1 gezeigt, das zusätzlich mit einem Lagerelement 5 ausgestattet ist. Der Lagergrundkörper 6 des zusätzlichen Lagerelementes 5 wird mit Hilfe der Druckschraube 9 an die geschliffene Unterseite des Sekundärteils 2 gedrückt, um die Steifigkeit der Führung und die Aufnahme von Drehmomenten in der Führung des Aktivteils 3 auf dem Sekundärteil 2 zu erhöhen.
Die 6 gibt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung an. Das Aktivteil 3 ist breiter ausgeführt, um mindestens 2 zusätzliche Lagerelemente 5 aufzunehmen. Das Sekundärteil 2 besitzt auf der einen geschliffenen Seite sowohl Motorfunktionsfläche als auch daneben Führungsfläche. Damit lässt sich eine Anpassung an die Erfordernisse zur Lösung der Bewegungsaufgabe erreichen. In manchen Anwendungen sind eine stärkere Führungseigenschaft und eine geringere motorische Kraft erforderlich.
In der 7 werden erfindungsgemäße Details zum Lagergrundkörper 6 eines Lagerelementes 4 angegeben. Auf der Führungsfläche mit Gleitbelag 12 sind 2 Düsenkörper 10 mit den Leitkanälen 11 zu erkennen. Mittig wird das Gelenk 8 angedeutet. Erkennbar ist die Zufuhr von Gas oder Flüssigkeit zu den Düsenkörpern 10.
8 zeigt einen Lagergrundkörper 6 für ein Lagerelement 5. Die Führungsfläche ist hier ohne Gleitbelag 12 dargestellt, um die Lage der Permanentmagnete zu verdeutlichen. In der dargestellten Variante sind in einer Tasche des magnetisch leitfähigen Lagergrundkörpers 6 zwei Permanentmagnete 13 eingelegt, um einen Magnetfluss durch das Sekundärteil 2 und damit eine Anziehungskraft zu erzeugen, die zur Vorspannung des Lagerelementes 5 erforderlich ist. Ebenfalls werden die Düsenkörper 10 gezeigt, die zur Erzeugung einer abstoßenden Kraft erforderlich sind.

Claims

Aerostatischer oder hydrostatischer linearer Direktantrieb, dessen Primärteil (1) oder Sekundärteil (2) mit mindestens einem aerostatisch oder hydrostatisch arbeitenden Lagerelement (4, 5) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (4, 5) wenigstens einen gelenkig gelagerten Lagergrundkörper (6) mit einer ebenen Führungsfläche aufweist, der mit dem Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit beaufschlagte Düsenkörper (10) besitzt und der über nur ein Gelenk (8), das mindestens um einen Winkel drehbeweglich ist, mit einem Lagergehäuse (7) des Lagerelementes (4, 5) verbunden ist, das an dem Primärteil (1) oder dem Sekundärteil (2) starr befestigt ist, wobei die Führungsfläche einen länglich-rechteckigen Umriss aufweist, innerhalb dem mittig das einzige Gelenk (8) angeordnet ist und wobei im Lagergrundkörper (6) mindestens zwei Düsenkörper (10) breitenmittig und in Längsrichtung der Führungsfläche in gleichem Abstand zu beiden Seiten des Gelenkes (8) in den Besselpunkten angeordnet sind.
Direktantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rändern des Sekundärteils (2) oder des Aktivteils (3) des Primärteils (1) mindestens zwei sich längs der Bewegungsrichtung des Primärteils (1) oder Sekundärteils (2) erstreckende Lagerelemente (4, 5) im Winkel von 90° bezüglich dem Aktivteil (3) oder dem Sekundärteil (2) angeordnet sind, die das jeweils andere Teil (3, 2) sowohl auf der einen Seite als auch auf der gegenüberliegenden Seite U-förmig umschließen, wobei mindestens ein Lagergrundkörper (6) senkrecht zu seiner Führungsfläche gegenüber dem Lagergehäuse (7) verstellbar ist.
Direktantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – am Rand des Sekundärteils (2) oder des Aktivteils (3) des Primärteils (1) in der Nähe der Führungsfläche mindestens ein mit mindestens einem Permanentmagneten (13) versehenes Lagerelement (5) sich längs der Bewegungsrichtung des Primärteils (1) oder Sekundärteils (2) erstreckend im Winkel von 90° angeordnet ist, das das andere Teil des Direktantriebes, nämlich das Sekundärteil (2) oder das Aktivteil (3), winkelförmig umschließt, – ein mit mindestens einem Permanentmagneten (13) ausgestattetes Lagerelement (5) wenigstens zwei gelenkig gelagerte Lagergrundkörper (6) aufweist, deren Führungsflächen eben sind und in der Führungsfläche mindestens einen Düsenkörper (10) je Lagergrundkörper (6) aufweisen und – auf dem Lagergrundkörper (6) mindestens ein Permanentmagnet (13) so angeordnet ist, dass in Verbindung mit einem magnetisch leitfähigen Material im Lagergrundkörper (6) und im Partner des Lagerelementes (5), nämlich dem Sekundärteil (2) oder dem Primärteil (1), eine magnetisch vorgespannte aerostatische oder hydrostatische Linearführung gebildet wird.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Sekundärteil (2) an einer oder an beiden sich gegenüberliegenden Seitenflächen mit jeweils mindestens einem Lagerelement (4, 5) ausgestattet ist, – das Lagerelement (4, 5) mit Hilfe des Lagergehäuses (7) am Sekundärteil (2) im Winkel von 90° befestigt ist und – das Aktivteil (3) des Primärteils (3) auf dem Sekundärteil (2) mit mindestens einem Lagerelement (4, 5) geführt wird.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein Lagerelement (4, 5) parallel zur Motorführungsfläche auf der geschliffenen Rückseite des Sekundärteils (2) arbeitet und mit Hilfe eines winklig angeordneten Lagergehäuses (7) an das Aktivteil (3) des Primärteils (1) angekoppelt ist.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein mit mindestens einem Permanentmagneten (13) ausgestattetes Lagerelement (5) am Aktivteil (3) des Primärteils (1) seitlich quer zur Bewegungsrichtung neben der Motorführungsfläche angeordnet ist und mit der geschliffenen Führungsfläche des Sekundärteils (2) in Kontakt steht.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – das Sekundärteil (2) mit zwei sich gegenüberliegenden Motorfunktionsflächen und zwei sich gegenüberliegenden Führungsflächen ausgestattet ist, – ein doppeltes Primärteil aus zwei sich gegenüberliegenden Aktivteilen (3) und zwei sich gegenüberliegenden Lagerelementen (5) mit Permanentmagneten (13) besteht, wobei jeweils ein Aktivteil (3) und ein Lagerelement (5) winkelförmig verbunden sind und ein Aktivteil (3) des einen Primärteils (1) mit dem Lagerelement (5) des anderen Primärteils (1) mittels mindestens einem Verbindungselement zu dem doppelten Primärteil verbunden ist, derart, dass die beiden einzelnen winkelförmigen Primärteile (1) als Ganzes in Bewegungsrichtung mitgenommen werden.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagergrundkörper (6) senkrecht zur Führungsfläche mittels einer Druckschraube (9) verstellbar ist und die Druckschraube (9) an der Verbindung zum Lagergrundkörper (6) ein Gelenk (8) in Form einer Kugel mit kugelförmiger Kalotte in der Druckschraube (9) und/oder im Lagergrundkörper (6) aufweist.
Direktantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde für die Druckschraube (9) in einem Gewindeeinsatz eingebracht ist, der im Lagergehäuse (7) eingepresst ist, wobei die Druckschraube (9) eine Kontermutter zur Verdrehsicherung besitzt.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Führungsfläche des Lagergrundkörpers (6) mit einem Gleitbelag (12) beschichtet ist.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führungsfläche des Lagergrundkörpers (6) Leitkanäle (11) für Gas oder Flüssigkeit angeordnet sind, die sich, von den Düsenkörpern (10) ausgehend, beidseitig in Bewegungsrichtung des Primärteils (1) oder Sekundärteils (2) erstrecken und mit Abstand vom Rand des Lagergrundkörpers (6) und vom benachbarten Leitkanal (11) enden.
Direktantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallele Leitkanäle (11) oberhalb und unterhalb des Düsenkörpers (10) angeordnet und durch wenigstens einen Leitkanal (11) mit dem Düsenkörper (10) verbunden sind.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem Abstand vom Rand des Lagergrundkörpers (6) um den Düsenkörper (10) herum in der Führungsfläche ein zumindest teilweise gekrümmter Leitkanal für Gas oder Flüssigkeit angeordnet ist, der mindestens einen Leitkanal (11) zum Düsenkörper (10) aufweist.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lagergrundkörper (6) aus magnetisch leitfähigem Material gefertigt ist, – mindestens zwei längs der Bewegungsrichtung des Primärteils (1) oder Sekundärteils (2) ausgerichtete Permanentmagnete (13) in der Nähe der Führungsfläche mit dem Lagergrundkörper (6) verbunden sind und – die Permanentmagnete (13) so angeordnet sind, dass der Magnetfluss senkrecht zur Bewegungsrichtung durch den Lagergrundkörper (6) und durch magnetisch leitfähiges Material im Partner des Lagerelementes (5), nämlich dem Primär- oder dem Sekundärteil (1, 2), hindurchgeht, um eine magnetisch vorgespannte aerostatische oder hydrostatische Linearführung zu bilden.
Direktantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergusmasse (12) vorhanden ist, die die gesamte Führungsfläche inklusive der Oberfläche der Permanentmagnete (13) überdeckt und die die Eigenschaften eines Gleitbelages (12) besitzt.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen dem Lagergehäuse (7) und dem Lagergrundkörper (6) ein Biegestab (14) angeordnet ist, der mit dem Lagergrundkörper (6) verbunden ist, – der Biegestab (14) in der Nähe der Verbindung mit dem Lagergrundkörper (6) einen Bereich mit stark verkleinertem Durchmesser aufweist und – der Biegestab (14) im Lagergehäuse (7) senkrecht zur Führungsfläche befestigt ist, derart, dass ein die Materialelastizität ausnutzendes Gelenk (8) gebildet ist.
Direktantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagergehäuse (7) und dem Lagergrundkörper (6) ein Verbindungsstück angeordnet ist, dass mit dem Lagergrundkörper (6) über ein Federblech verbunden ist.
Direktantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestab im Lagergehäuse (7) oder im Lagergrundkörper (6) senkrecht zur Führungsfläche verstellbar befestigt ist.
Direktantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück im Lagergehäuse (7) oder im Lagergrundkörper (6) senkrecht zur Führungsfläche verstellbar befestigt ist.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass – der Biegestab (14) mindestens an einem Ende ein Rechtsgewinde aufweist, – am anderen Ende des Biegestabes (14) ein Linksgewinde angeordnet ist und – eine Verdrehmöglichkeit am Biegestab (14) besteht, die ein Verstellen des Lagergrundkörpers (6) quer zur Führungsfläche gestattet.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lagergrundkörper (6) aus magnetisch leitfähigem Material besteht, – mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Permanentmagnete (13) in Bewegungsrichtung paarweise in unterschiedlicher Polung auf dem Lagergrundkörper (6) haften oder befestigt sind und in Bewegungsrichtung gleiche Polung aufweisen, – die Permanentmagnete (13) mittels einer Vergussmasse (12) mindestens an ihren Seitenflächen gehalten und umschlossen werden und – die Führungsfläche des Lagergrundkörpers (6) eben gefertigt ist.
Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lagergrundkörper (6) aus magnetisch leitendem Material besteht, – in den Lagergrundkörper (6) mindestens eine Tasche, die nach einer oder zwei Seiten offen sein kann, eingearbeitet ist, – in der Tasche mindestens ein Permanentmagnet (13) oder in einer Tasche die Permanentmagnete (13) paarweise in unterschiedlicher Polung angeordnet sind, in Bewegungsrichtung gleiche Polung aufweisend, – die Permanentmagnete (13) in der Höhe bündig in der Tasche liegen und im Abstand zueinander und zum Taschenrand oder zum Rand des Lagergrundkörpers (6) gehalten werden, – die Permanentmagnete (13) am Boden der Tasche haften, – die Permanentmagnete (13) mit Vergussmasse (12) mindestens an einer Seitenfläche gehalten werden und – die Führungsfläche eben gefertigt ist.